JP2014046338A - Laser processing apparatus, shaping punch, and laser boring processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を利用して被加工物に穴明け加工を行うレーザ加工装置及びレーザ穴明け加工方法等に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus, a laser drilling method, and the like that perform drilling on a workpiece using laser light oscillated from a laser oscillator.
炭酸ガスレーザ発振器、ファイバーレーザ発振器等のレーザ発振器から発振されたレーザ光を利用した穴明け加工について簡単に説明すると、次のようになる。 The drilling process using laser light emitted from a laser oscillator such as a carbon dioxide laser oscillator or a fiber laser oscillator will be briefly described as follows.
加工テーブルに被加工物を支持させた状態でセットする。次に、加工テーブルにZ軸方向に対向する側に設けられかつレーザ発振器に光学的に接続されたレーザ加工ヘッドを用い、レーザ加工ヘッドを被加工物(換言すれば、加工テーブル)に対して相対的にX軸方向及びY軸方向の少なくともいずれかの方向へ移動させることにより、レーザ加工ヘッドの先端部を被加工物の穴明け箇所にZ軸方向に対向する位置に位置決めする。そして、レーザ発振器の作動によりレーザ加工ヘッドの先端部から被加工物の穴明け箇所に向かってレーザ光を照射する。これにより、レーザ発振器から発振されたレーザ光を利用して被加工物に穴明け加工を行うことができる。 Set with the work piece supported on the work table. Next, a laser processing head provided on the side facing the processing table in the Z-axis direction and optically connected to the laser oscillator is used, and the laser processing head is placed on the workpiece (in other words, the processing table). By relatively moving in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction, the tip of the laser processing head is positioned at a position facing the punched portion of the workpiece in the Z-axis direction. Then, the laser beam is irradiated from the tip of the laser processing head toward the drilled portion of the workpiece by the operation of the laser oscillator. As a result, it is possible to drill a workpiece by using the laser beam oscillated from the laser oscillator.
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献1から特許文献3に示すものがある。
In addition, there exist some which are shown to patent document 1-
ところで、銅、銅合金、アルミ、又はアルミ合金等の高反射材からなる被加工物に穴明け加工を行う場合には、大量の反射光(戻り光)が発生して、反射光の一部がレーザ加工ヘッド内に進入してしまう。そのため、レーザ加工ヘッド内からレーザ発振器側にかけて配設した集光レンズ、プロセスファイバー等の光学部品に反射光の一部が到達すると、光学部品の焼損が発生し易くなるとと共に、光学部品の焼損に伴って光学部品の交換が必要になり、作業が煩雑化するという問題がある。 By the way, when drilling a workpiece made of a highly reflective material such as copper, copper alloy, aluminum, or aluminum alloy, a large amount of reflected light (return light) is generated and a part of the reflected light is generated. Enters the laser processing head. Therefore, when a part of the reflected light reaches an optical component such as a condensing lens and a process fiber arranged from the laser processing head to the laser oscillator side, the optical component is likely to be burned out and the optical component is burned out. Along with this, there is a problem that the optical parts need to be replaced, and the work becomes complicated.
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のレーザ加工装置及びレーザ穴明け加工方法等を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser drilling method having a novel configuration that can solve the above-described problems.
本発明の第1の特徴は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を利用して被加工物(ワーク)に穴明け加工を行うレーザ加工装置において、
被加工物を支持する加工テーブルと、
前記加工テーブルにZ軸方向に対向する側に前記加工テーブルに対して相対的にX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に移動可能に設けられ、前記レーザ発振器に光学的に接続され、前記被加工物に向かってレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記加工テーブルにZ軸方向に対向する側に前記加工テーブルに対して相対的にX軸方向及びY軸方向へ移動可能に設けられ、Z軸方向へ移動可能な成形パンチを備え、前記成形パンチの先端に前記成形パンチの軸心に平行な方向に対して傾斜したパンチ傾斜面が形成され、前記被加工物の穴明け箇所に凹部を形成する凹部形成ユニットと、を具備したこと要旨とする。
A first feature of the present invention is a laser processing apparatus for drilling a workpiece (work) using laser light oscillated from a laser oscillator.
A processing table for supporting the workpiece;
Provided on the side facing the machining table in the Z-axis direction so as to be movable in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction relative to the machining table, and optically connected to the laser oscillator; A laser processing head for irradiating a laser beam toward the workpiece;
The molding punch is provided on the side facing the machining table in the Z-axis direction so as to be movable relative to the machining table in the X-axis direction and the Y-axis direction, and movable in the Z-axis direction. And a recess forming unit that has a punch inclined surface that is inclined with respect to a direction parallel to the axis of the forming punch and that forms a recess at a drilled portion of the workpiece. .
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「穴明け加工」とは、切断加工の前のピアス加工を含む意であって、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。また、「Z軸方向」とは、X軸方向及びY軸方向に直交する方向のことをいい、「X軸方向」とは、前記加工テーブルのテーブル長さ方向のことをいい、「Y軸方向」とは、テーブル長さ方向に直交するテーブル幅方向のことをいう。更に、「前記被加工物の穴明け箇所に凹部を形成する」とは、前記被加工物の穴明け箇所を有するエリアに凹部を形成することを含む意である。 In the specification and claims of the present application, “drilling” means piercing before cutting, and “provided” means directly provided. In addition, it is intended to include being indirectly provided through another member. The “Z-axis direction” refers to a direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction, and the “X-axis direction” refers to the table length direction of the machining table. "Direction" refers to the table width direction orthogonal to the table length direction. Furthermore, “to form a recess in the holed portion of the workpiece” includes forming a recess in an area having the holed hole of the workpiece.
第1の特徴によると、まず、前記加工テーブルに前記被加工物を支持させた状態でセットする。そして、前記凹部形成ユニットを前記被加工物(換言すれば、前記加工テーブル)に対して相対的にX軸方向及びY軸方向の少なくともいずれかの方向へ移動させることにより、前記成形パンチの前記パンチ傾斜面を前記被加工物の前記穴明け箇所にZ軸方向に対向する位置に位置決めする。続いて、前記成形パンチを前記被加工物に接近するZ軸方向へ移動させることにより、前記成形パンチのパンチ傾斜面によって前記被加工物の前記穴明け箇所に前記被加工物の厚み方向に対して傾斜した凹部傾斜面を有した前記凹部を形成する。 According to the first feature, first, the workpiece is set on the processing table while being supported. Then, by moving the recess forming unit relative to the workpiece (in other words, the processing table) in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction, The punch inclined surface is positioned at a position facing the punched portion of the workpiece in the Z-axis direction. Subsequently, by moving the molding punch in the Z-axis direction approaching the workpiece, the punch inclined surface of the molding punch causes the hole to be punched in the workpiece with respect to the thickness direction of the workpiece. The concave portion having a concave inclined surface that is inclined is formed.
前記被加工物に前記凹部を形成した後に、前記レーザ加工ヘッドを前記被加工物(換言すれば、前記加工テーブル)に対して相対的にX軸方向及びY軸方向の少なくともいずれかの方向へ移動させることにより、前記レーザ加工ヘッドの先端部を前記被加工物の前記凹部の前記凹部傾斜面にZ軸方向に対向する位置に位置決めする。続いて、前記レーザ発振器の作動により前記レーザ加工ヘッドから前記被加工物の前記凹部の前記凹部傾斜面にレーザ光を照射する。これにより、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を利用して前記被加工物に穴明け加工を行うことができる。 After the recess is formed in the workpiece, the laser machining head is moved in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction relative to the workpiece (in other words, the machining table). By moving, the tip of the laser processing head is positioned at a position facing the concave inclined surface of the concave portion of the workpiece in the Z-axis direction. Subsequently, the laser oscillator is operated to irradiate laser light onto the inclined surface of the concave portion of the concave portion of the workpiece from the laser processing head. Accordingly, the workpiece can be drilled using the laser light oscillated from the laser oscillator.
ここで、前記レーザ加工ヘッドから前記被加工物の前記穴明け箇所である前記凹部の前記凹部傾斜面にレーザ光を照射しているため、前記被加工物が銅、銅合金、アルミ、又はアルミ合金等の高反射材からなるものであっても、前記被加工物の穴明け加工中に、レーザ光が前記レーザ加工ヘッド側に向かって反射すること、換言すれれば、反射光の一部が前記レーザ加工ヘッド内に進入することを抑止することができる。 Here, since the laser beam is irradiated from the laser processing head to the concave inclined surface of the concave portion, which is the drilled portion of the workpiece, the workpiece is made of copper, copper alloy, aluminum, or aluminum. Even if it is made of a highly reflective material such as an alloy, the laser beam is reflected toward the laser processing head during the drilling of the workpiece, in other words, a part of the reflected light. Can be prevented from entering the laser processing head.
本発明の第2の特徴は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を利用して被加工物に穴明け加工を行う際に用いられ、前記被加工物の穴明け箇所に前記被加工物の厚み方向に対して傾斜した凹部傾斜面を有した凹部を形成するための成形パンチにおいて、
先端に前記成形パンチの軸心に平行な方向に対して傾斜したパンチ傾斜面が形成され、前記平行な方向に対する前記パンチ傾斜面の傾斜角が10〜80度に設定されていることを特徴とする。
The second feature of the present invention is used when drilling a workpiece using laser light oscillated from a laser oscillator, and the thickness of the workpiece is provided at a drilled portion of the workpiece. In a forming punch for forming a recess having a recess inclined surface inclined with respect to the direction,
A punch inclined surface inclined with respect to a direction parallel to the axis of the molding punch is formed at the tip, and an inclination angle of the punch inclined surface with respect to the parallel direction is set to 10 to 80 degrees. To do.
第2の特徴からなる前記成形パンチを用いて、前記被加工物に穴開け加工を行う場合にも、第1の特徴による作用と同様の作用を奏する。 Even when the workpiece is perforated using the forming punch having the second feature, the same effect as that of the first feature is achieved.
本発明の第3の特徴は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を利用して被加工物(ワーク)に穴明け加工を行うレーザ穴明け加工方法において、
加工テーブルによって被加工物を支持した状態で、前記加工テーブルにZ軸方向に対向する側に設けられかつZ軸方向へ移動可能な成形パンチを用い、前記成形パンチを前記被加工物に対して相対的にX軸方向及びY軸方向の少なくともいずれかの方向へ移動させることにより、前記成形パンチを前記被加工物の穴明け箇所にZ軸方向に対向する位置に位置決めし、続いて、前記成形パンチを前記被加工物に接近するZ軸方向へ移動させることにより、前記被加工物の穴明け箇所に前記被加工物の厚み方向(換言すれば、レーザ光の照射方向)に対して傾斜した凹部傾斜面を有した凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部形成工程の終了後に、前記加工テーブルにZ軸方向に対向する側に設けられかつ前記レーザ発振器に光学的に接続されたレーザ加工ヘッドを用い、前記レーザ加工ヘッドを前記加工テーブルに対して相対的にX軸方向及びY軸方向の少なくともいずれかの方向へ移動させることにより、前記レーザ加工ヘッドの先端部を前記被加工物の前記凹部の前記凹部傾斜面にZ軸方向に対向する位置に位置決めし、続いて、前記レーザ発振器の作動により前記レーザ加工ヘッドから前記被加工物の前記凹部の前記凹部傾斜面に向かってレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、を具備したことを要旨とする。
A third feature of the present invention is a laser drilling method for drilling a workpiece (work) using laser light oscillated from a laser oscillator.
In a state where the workpiece is supported by the machining table, a molding punch provided on the side facing the Z-axis direction and movable in the Z-axis direction is used on the machining table, and the molding punch is attached to the workpiece. By relatively moving in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction, the molding punch is positioned at a position facing the Z-axis direction at the drilled portion of the workpiece, and subsequently, By moving the forming punch in the Z-axis direction approaching the workpiece, the punched portion of the workpiece is inclined with respect to the thickness direction of the workpiece (in other words, the laser beam irradiation direction). A recessed portion forming step of forming a recessed portion having a recessed portion inclined surface;
After completion of the recess forming step, a laser processing head provided on the side facing the processing table in the Z-axis direction and optically connected to the laser oscillator is used, and the laser processing head is attached to the processing table. By relatively moving in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction, the tip of the laser processing head is opposed to the recess inclined surface of the recess of the workpiece in the Z-axis direction. And subsequently irradiating a laser beam from the laser processing head toward the concave inclined surface of the concave portion of the workpiece by the operation of the laser oscillator. And
第3の特徴によると、前記レーザ加工ヘッドから前記被加工物の前記穴明け箇所である前記凹部の前記凹部傾斜面にレーザ光を照射しているため、前記被加工物が銅、銅合金、アルミ、又はアルミ合金等の高反射材からなるものであっても、前記被加工物の穴明け加工中に、レーザ光が前記レーザ加工ヘッド側に向かって反射すること、換言すれれば、反射光の一部が前記レーザ加工ヘッド内に進入することを抑止することができる。 According to the third feature, since the laser beam is irradiated from the laser processing head to the concave inclined surface of the concave portion, which is the drilled portion of the workpiece, the workpiece is made of copper, a copper alloy, Even if it is made of a highly reflective material such as aluminum or aluminum alloy, the laser beam is reflected toward the laser machining head during the drilling of the workpiece, in other words, the reflection. Part of the light can be prevented from entering the laser processing head.
本発明によれば、前記被加工物が高反射材からなるものであっても、反射光の一部が前記レーザ加工ヘッド内に進入することを抑止できるため、前記被加工物の穴明け加工中に、前記レーザ加工ヘッド内から前記レーザ発振器側に配設した光学部品の焼損を十分に防止することができると共に、それに伴って、前記光学部品の交換を極力減らして、作業の煩雑化を抑えることができる。 According to the present invention, even if the workpiece is made of a highly reflective material, it is possible to prevent a part of the reflected light from entering the laser machining head. In addition, it is possible to sufficiently prevent the optical components disposed on the laser oscillator side from being burned out of the laser processing head, and accordingly, the replacement of the optical components is reduced as much as possible, thereby complicating the work. Can be suppressed.
(実施形態)
本発明の実施形態について図1から図5を参照して説明する。
(Embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図2に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置1は、ファイバーレーザ発振器3から発振されたレーザ光LBを利用して、銅、銅合金、アルミ、又はアルミ合金等の高反射材からなる板状の被加工物(ワーク)Wに穴明け加工を行う装置である。以下、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置1の構成等について説明する。なお、ファイバーレーザ発振器3の構成は、前述の特許文献1に示すように公知の構成からなるものである。
As shown in FIG. 2, the
レーザ加工装置1は、ファイバーレーザ発振器3を具備する他に、被加工物Wを支持する加工テーブル5を具備しており、この加工テーブル5は、X軸方向(前後方向)へ延びてあって、被加工物Wを点接触で支持する多数の支持部(図示省略)、及び多数の支持部に対して被加工物Wを固定するクランプ部材(図示省略)等を備えている。また、加工テーブル5には、門型のX軸可動フレーム(X軸キャリッジ)7がX軸方向へ延びたX軸ガイド部材(図示省略)を介してX軸方向へ移動可能に設けられており、このX軸可動フレーム7は、X軸サーボモータ(図示省略)の駆動によりX軸方向へ移動するようになっている。更に、X軸可動フレーム7の水平部7aには、Y軸キャリッジ9がY軸方向へ延びたY軸ガイド部材(図示省略)を介してY軸方向へ移動可能に設けられており、このY軸キャリッジ9は、Y軸サーボモータ(図示省略)の駆動によりY軸方向へ移動するようになっている。
In addition to the
図1(a)及び図2に示すように、Y軸キャリッジ9には、被加工物Wに向かってアシストガスを噴射しつつレーザ光LBを照射するレーザ加工ヘッド11がZ軸方向(上下方向)へ延びたZ軸ガイド部材(図示省略)を介してZ軸方向へ移動可能に設けられている。換言すれば、加工テーブル5にZ軸方向に対向する側(加工テーブル5の上方側)には、レーザ加工ヘッド11がX軸可動フレーム7及びY軸キャリッジ9を介してX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向へ移動可能に設けられている。また、レーザ加工ヘッド11は、Z軸サーボモータ(図示省略)の駆動によりZ軸方向へ移動すると共に、X軸サーボモータの駆動によりX軸可動フレーム7と一体的にX軸方向へ移動しかつY軸サーボモータの駆動によりY軸キャリッジ9と一体的にY軸方向へ移動するようになっている。
As shown in FIG. 1A and FIG. 2, a
レーザ加工ヘッド11は、ファイバーレーザ発振器3にプロセスファイバー13を介して光学的に接続されてあって、プロセスファイバー13の出射端から出射されたレーザ光LBを平行光に変換するコリメートレンズ15、及びこのコリメートレンズ15から出射されたレーザ光LBを集光する集光レンズ17を備えている。また、レーザ加工ヘッド11は、アシストガスを供給するガス供給源(図示省略)に接続されている。
The
Y軸キャリッジ9におけるレーザ加工ヘッド11に隣接した位置には、被加工物Wの穴明け箇所に凹部C(図4(a)参照)を形成する凹部形成ユニット19が設けられており、換言すれば、加工テーブル5にZ軸方向に対向する側には、凹部形成ユニット19がX軸可動フレーム7及びY軸キャリッジ9を介してX軸方向及びY軸方向へ移動可能に設けられている。また、凹部形成ユニット19は、X軸サーボモータの駆動によりX軸可動フレーム7と一体的にX軸方向へ移動しかつY軸サーボモータの駆動によりY軸キャリッジ9と一体的にY軸方向へ移動するようになっている。ここで、凹部Cは、図4(b)に示すように、被加工物Wの厚み方向(換言すれば、レーザ光LBの照射方向)に対して傾斜した矩形の第1凹部傾斜面Ca、及び第1凹部傾斜面Caに隣接しかつ被加工物Wの厚み方向に対して傾斜した矩形の第2凹部傾斜面Cbを有している。そして、凹部形成ユニット19の具体的な構成は、次のようになる。
At a position adjacent to the
図1(a)に示すように、Y軸キャリッジ9には、パンチ保持部材21がZ軸方向へ延びた一対のZ軸ガイドレール23がZ軸方向へ移動可能に設けられており、Y軸キャリッジ9の上部には、パンチ保持部材21をZ軸方向へ移動させるアクチュエータとしてZ軸サーボモータ25が設けられている。また、Y軸キャリッジ9には、Z軸方向へ延びかつZ軸サーボモータ25の出力軸に連動連結したねじ部材27が回転可能に設けられており、パンチ保持部材21には、ねじ部材27に螺合したナット部材29が設けられている。
As shown in FIG. 1A, the Y-
パンチ保持部材21の下部(先端部)には、成形パンチ31が着脱可能に装着されており、この成形パンチ31は、Z軸サーボモータ25の駆動によりパンチ保持部材21と一体的にZ軸方向へ移動するようになっている。また、図1(b)(c)に示すように、成形パンチ31は、円柱状のパンチ基部33、及びこのパンチ基部33の先端側(下端側)に一体形成された角片状のパンチ先端部35を備えている。更に、成形パンチ31のパンチ先端部35(成形パンチ31の先端)には、成形パンチ31の軸心(パンチ基部33の軸心)31sに平行な方向に対して傾斜した矩形の第1パンチ傾斜面35a、及びこの第1パンチ傾斜面35aに隣接しかつ前記平行な方向に対して傾斜した矩形の第2パンチ傾斜面35bがそれぞれ形成されている。なお、成形パンチ31のパンチ先端部35の第1パンチ傾斜面35aは、凹部Cの第1凹部傾斜面Caを成形するものであって、成形パンチ31のパンチ先端部35の第2パンチ傾斜面35bは、凹部Cの第2凹部傾斜面Cbを成形するものである。
A forming
ここで、図1(b)及び図4(b)に示すように、前記平行な方向に対するパンチ先端部35の第1パンチ傾斜面35aの傾斜角αは、10〜80度、好ましくは10〜50度に設定されている。パンチ先端部35の第1パンチ傾斜面35aの傾斜角αが10度以上に設定されるようにしたのは、10度未満に設定されると、被加工物Wの厚み方向に対する凹部Cの第1凹部傾斜面Caの傾斜角α’が10度未満になって、凹部Cの深さが深くなりすぎるからである。一方、パンチ先端部35の第1パンチ傾斜面35aの傾斜角αが80度以下に設定されるようにしたのは、80度を超えて設定されると、レーザ加工ヘッド11側への反射光(戻り光)LB’を十分に低減することが困難になるからである。なお、パンチ先端部35の第1パンチ傾斜面35aの傾斜角αが50度以下に設定されることが好ましいとしたのは、50度を超えて設定されると、被加工物Wの厚み方向に対する凹部Cの第1凹部傾斜面Caの傾斜角α’が50度を超えて、被加工物Wに対するレーザ光LBの吸収率が低下するからである。特に、被加工物Wが銅又は銅合金からなる場合には、成形パンチ31の軸心に対するパンチ先端部35の第1パンチ傾斜面35aの傾斜角αを50度に近づけることが望ましい。
Here, as shown in FIGS. 1B and 4B, the inclination angle α of the first punch inclined
成形パンチ31のパンチ先端部35における第1パンチ傾斜面35aと第2パンチ傾斜面35bとの交角βは、95〜120度に設定されている。成形パンチ31のパンチ先端部35における第1パンチ傾斜面35aと第2パンチ傾斜面35bとの交角βを95度以上に設定されるようにしたのは、95度未満に設定されると、凹部Cにおける第1凹部傾斜面Caと第2凹部傾斜面Cbとの交角β’が95度未満になって、レーザ加工ヘッド11側への反射光(戻り光)LB’を十分に低減することが困難になるからである。一方、成形パンチ31のパンチ先端部35における第1パンチ傾斜面35aと第2パンチ傾斜面35bとの交角βを120度以下に設定されるようにしたのは、120度を超えて設定されると、凹部Cにおける第1凹部傾斜面Caと第2凹部傾斜面Cbとの交角β’が120度を超えて、凹部Cの深さが浅くなりすぎるからである。
The intersection angle β between the first punch inclined
続いて、本発明の実施形態に係るレーザ穴明け加工方法について説明する。 Subsequently, a laser drilling method according to an embodiment of the present invention will be described.
本発明の実施形態に係るレーザ穴明け加工方法は、ファイバーレーザ発振器3から発振されたレーザ光LBを利用して、銅、銅合金、アルミ、又はアルミ合金等の高反射材からなる板状の被加工物Wに穴明け加工を行う方法であって、凹部形成工程と、レーザ光照射工程とを具備している。そして、本発明の実施形態に係るレーザ穴明け加工方法における各工程の具体的な内容は、次のようになる。
The laser drilling method according to the embodiment of the present invention uses a laser beam LB oscillated from the
凹部形成工程
図1(a)に示すように、加工テーブル5に被加工物Wを支持させた状態で、X軸サーボモータ及びY軸サーボモータの駆動により凹部形成ユニット19をX軸方向及びY軸方向へ移動させることにより、成形パンチ31のパンチ先端部35の第1パンチ傾斜面35aを被加工物Wの穴明け箇所にZ軸方向に対向する位置に位置決めする。続いて、図3(a)に示すように、Z軸サーボモータ25の駆動により成形パンチ31を被加工物W(換言すれば、加工テーブル5)に接近するZ軸方向(下方向)へ移動させる。これにより、成形パンチ31のパンチ先端部35における第1パンチ傾斜面35a及び第2パンチ傾斜面35bによって被加工物Wの穴明け箇所に被加工物Wの厚み方向(換言すれば、レーザ光LBの照射方向)に対して傾斜した第1凹部傾斜面Ca及び第2凹部傾斜面Cbを有した凹部Cを形成することができる(図4(b)参照)。ここで、前述の理由から、被加工物Wの表面にする凹部Cの第1凹部傾斜面Caの傾斜角α’は、10〜80度、好ましくは、10〜50度に設定されており、凹部Cにおける第1凹部傾斜面Caと第2凹部傾斜面Cbとの交角β’は、95〜120度に設定されている。
Concave Forming Step As shown in FIG. 1 (a), with the work table W supported on the work table 5, the
なお、被加工物Wの穴明け箇所に凹部Cを形成した後に、Z軸サーボモータ25の駆動により成形パンチ31を被加工物W(換言すれば、加工テーブル5)に離反するZ軸方向(上方向)へ移動させて、元の高さ位置に復帰させる。
In addition, after forming the recessed part C in the drilled part of the workpiece W, the Z-axis direction (in other words, the
レーザ光照射工程
凹部形成工程の終了後に、図3(b)に示すように、Y軸サーボモータの駆動によりレーザ加工ヘッド11をY軸方向へ移動させることにより、レーザ加工ヘッド11の先端部(下端部)を被加工物Wの凹部Cの第1凹部傾斜面CaにZ軸方向に対向する位置に位置決めする。続いて、図4(a)(b)に示すように、Z軸サーボモータの駆動によるレーザ加工ヘッド11のZ軸方向の移動によってレーザ光LBの焦点位置を調節した状態の下で、ファイバーレーザ発振器3及びガス供給源の作動によりレーザ加工ヘッド11から被加工物Wの凹部Cの第1凹部傾斜面Caに向かってアシストガスを噴射しつつレーザ光LBを照射する。これにより、図5に示すように、ファイバーレーザ発振器3から発振されたレーザ光LBを利用して被加工物Wに穴明け加工を行って、加工穴Hを形成することができる。
Laser beam irradiation step After the recess formation step, as shown in FIG. 3B, the
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.
レーザ加工ヘッド11から被加工物Wの穴明け箇所である凹部Cの第1凹部傾斜面Caにレーザ光LBを照射しているため、被加工物Wが銅、銅合金、アルミ、又はアルミ合金等の高反射材からなるものであっても、被加工物Wの穴明け加工中に、レーザ光LBがレーザ加工ヘッド11側に向かって反射すること、換言すれれば、反射光LB’の一部がレーザ加工ヘッド11内に進入することを抑止することができる。特に、成形パンチ31のパンチ先端部35における第1パンチ傾斜面35aと第2パンチ傾斜面35bとの交角β、換言すれば、凹部Cにおける第1凹部傾斜面Caと第2凹部傾斜面Cbとの交角β’が95〜120度に設定されているため、レーザ加工ヘッド11側への反射光LB’を十分に低減することができる(後述の実施例参照)。
Since the laser beam LB is radiated from the
また、成形パンチ31の軸心に対するパンチ先端部35の第1パンチ傾斜面35aの傾斜角α、換言すれば、被加工物Wの表面に対する凹部Cの第1凹部傾斜面Caの傾斜角α’が10〜50度に設定されているため、被加工物Wに対するレーザ光LBの吸収率を十分に高めることができる。
Further, the inclination angle α of the first punch inclined
従って、本発明の実施形態によれば、被加工物Wが高反射材からなるものであっても、反射光LB’の一部がレーザ加工ヘッド11内に進入することを抑止できるため、被加工物Wの穴明け加工中に、集光レンズ17、プロセスファイバー13等の光学部品の焼損を十分に防止することができると共に、それに伴って、集光レンズ17、プロセスファイバー13等の光学部品の交換を極力減らして、作業の煩雑化を抑えることができる。また、被加工物Wに対するレーザ光LBの吸収率を十分に高めることができるため、被加工物Wに安定した穴明け加工を行うことができる。
Therefore, according to the embodiment of the present invention, even if the workpiece W is made of a highly reflective material, it is possible to prevent a part of the reflected light LB ′ from entering the
(別の実施形態)
本発明の別の実施形態について図6及び図7を参照して説明する。
(Another embodiment)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
成形パンチ31のパンチ先端部35には2つのパンチ傾斜面(第1パンチ傾斜面35aと第2パンチ傾斜面35b)が形成される(図1(a)(b)(c)参照)代わりに、図6(a)(b)(c)に示すように、成形パンチ31のパンチ先端部35に1つのパンチ傾斜面(第1パンチ傾斜面)35aだけが形成されるようにしても構わなく、成形パンチ31の軸心31sに平行な方向に対するパンチ先端部35の第1パンチ傾斜面35aの傾斜角αは、前述の理由から、10〜80度、好ましくは10〜50度に設定されている。この場合には、図7(a)(b)に示すように、被加工物Wの穴明け箇所に1つの凹部傾斜面(第1凹部傾斜面)Caだけを有した凹部Cを形成することになる。
Two punch inclined surfaces (first punch inclined
そして、本発明の別の実施形態においても、本発明の実施形態と同様の作用及び効果を奏するものである。 And in another embodiment of the present invention, the same operation and effect as the embodiment of the present invention are exhibited.
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、凹部Cにおける第1凹部傾斜面Ca及び第2凹部傾斜面Cbが矩形をそれぞれ呈するように、成形パンチ31のパンチ先端部35における第1パンチ傾斜面35a及び第2パンチ傾斜面35bが円形又は円錐形をそれぞれ呈する等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
Note that the present invention is not limited to the description of the above-described embodiment. For example, the punch of the forming
本発明の実施例について図8を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図8に示すように、銅製の被加工物の穴明け箇所に凹部を形成した場合(発明例の場合)、銅製の被加工物に凹部を形成しない場合(従来例の場合)に比べて、レーザ加工ヘッド側に向かって反射する反射光の光量を大幅に低減できることがレーザ光の反射試験によって確認された。ここで、凹部の第1凹部傾斜面の傾斜角が30度に設定してあって、凹部における第1凹部傾斜面と第2凹部傾斜面との交角が100度に設定してある。また、レーザ光の反射試験においては、銅製の被加工物の表面から1.0mmの深さ位置に焦点になるようにレーザ光を照射した。なお、図7中における反射光の光量の大きさは、従来例の場合を100%として無次元化してある。 As shown in FIG. 8, when a recess is formed in a drilled portion of a copper workpiece (in the case of the invention example), compared to a case where no recess is formed in the copper workpiece (in the case of the conventional example), It was confirmed by a laser beam reflection test that the amount of reflected light reflected toward the laser processing head side can be greatly reduced. Here, the inclination angle of the first recessed portion inclined surface of the recessed portion is set to 30 degrees, and the intersection angle between the first recessed portion inclined surface and the second recessed portion inclined surface in the recessed portion is set to 100 degrees. In the laser beam reflection test, the laser beam was irradiated so as to be focused at a depth of 1.0 mm from the surface of the copper workpiece. Note that the magnitude of the amount of reflected light in FIG. 7 is made dimensionless with the conventional example being 100%.
W 被加工物
C 凹部
Ca 第1凹部傾斜面
Cb 第2凹部傾斜面
H 加工穴
LB レーザ光
LB’ 反射光
1 レーザ加工装置
3 ファイバーレーザ発振器
5 加工テーブル
7 X軸可動フレーム
7a 水平部
9 Y軸キャリッジ
11 レーザ加工ヘッド
13 プロセスファイバー
15 コリメートレンズ
17 集光レンズ
19 凹部形成ユニット
21 パンチ保持部材
23 Z軸ガイドレール
25 Z軸サーボモータ
27 ねじ部材
29 ナット部材
31 成形パンチ
33 パンチ基部
35 パンチ先端部
35a 第1パンチ傾斜面
35b 第2パンチ傾斜面
W Workpiece C Recessed portion Ca First recessed portion inclined surface Cb Second recessed portion inclined surface H Processing hole LB Laser light LB '
Claims (10)
被加工物を支持する加工テーブルと、
前記加工テーブルにZ軸方向に対向する側に前記加工テーブルに対して相対的にX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に移動可能に設けられ、前記レーザ発振器に光学的に接続され、前記被加工物に向かってレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記加工テーブルにZ軸方向に対向する側に前記加工テーブルに対して相対的にX軸方向及びY軸方向へ移動可能に設けられ、Z軸方向へ移動可能な成形パンチを備え、前記成形パンチの先端に前記成形パンチの軸心に平行な方向に対して傾斜したパンチ傾斜面が形成され、前記被加工物の穴明け箇所に凹部を形成する凹部形成ユニットと、を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。 In a laser processing apparatus for drilling a workpiece using laser light oscillated from a laser oscillator,
A processing table for supporting the workpiece;
Provided on the side facing the machining table in the Z-axis direction so as to be movable in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction relative to the machining table, and optically connected to the laser oscillator; A laser processing head for irradiating a laser beam toward the workpiece;
The molding punch is provided on the side facing the machining table in the Z-axis direction so as to be movable relative to the machining table in the X-axis direction and the Y-axis direction, and movable in the Z-axis direction. A punch inclined surface that is inclined with respect to a direction parallel to the axis of the molding punch is formed at the tip of the punch, and a recess forming unit that forms a recess at a drilled portion of the workpiece. Laser processing equipment.
先端に前記成形パンチの軸心に平行な方向に対して傾斜したパンチ傾斜面が形成され、前記平行な方向に対する前記パンチ傾斜面の傾斜角が10〜80度に設定されていることを特徴とする成形パンチ。 Recessed inclined surface that is used when drilling a workpiece using laser light oscillated from a laser oscillator and is inclined with respect to the thickness direction of the workpiece at the drilled portion of the workpiece In a molding punch for forming a recess having
A punch inclined surface inclined with respect to a direction parallel to the axis of the molding punch is formed at the tip, and an inclination angle of the punch inclined surface with respect to the parallel direction is set to 10 to 80 degrees. Forming punch.
加工テーブルに被加工物を支持させた状態で、前記加工テーブルにZ軸方向に対向する側に設けられかつZ軸方向へ移動可能な成形パンチを用い、前記成形パンチを前記被加工物に対して相対的にX軸方向及びY軸方向の少なくともいずれかの方向へ移動させることにより、前記成形パンチを前記被加工物の穴明け箇所にZ軸方向に対向する位置に位置決めし、続いて、前記成形パンチを前記被加工物に接近するZ軸方向へ移動させることにより、前記被加工物の前記穴明け箇所に前記被加工物の厚み方向に対して傾斜した凹部傾斜面を有した凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部形成工程の終了後に、前記加工テーブルにZ軸方向に対向する側に設けられかつ前記レーザ発振器に光学的に接続されたレーザ加工ヘッドを用い、前記レーザ加工ヘッドを前記被加工物に対して相対的にX軸方向及びY軸方向の少なくともいずれかの方向へ移動させることにより、前記レーザ加工ヘッドの先端部を前記被加工物の前記凹部の前記凹部傾斜面にZ軸方向に対向する位置に位置決めし、続いて、前記レーザ発振器の作動により前記レーザ加工ヘッドから前記被加工物の前記凹部の前記凹部傾斜面にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、を具備したことを特徴とするレーザ穴明け加工方法。 In a laser drilling method for drilling a workpiece using laser light oscillated from a laser oscillator,
In a state where the workpiece is supported on the machining table, a molding punch provided on the side facing the Z-axis direction and movable in the Z-axis direction is used on the machining table, and the molding punch is attached to the workpiece. By relatively moving the punch in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction to position the molding punch at a position facing the Z-axis direction at the drilled portion of the workpiece, By moving the forming punch in the Z-axis direction approaching the workpiece, a concave portion having a concave inclined surface that is inclined with respect to the thickness direction of the workpiece at the perforated portion of the workpiece. A recess forming step to be formed;
After completion of the recess forming step, a laser processing head provided on the side facing the processing table in the Z-axis direction and optically connected to the laser oscillator is used, and the laser processing head is attached to the workpiece. The tip of the laser processing head is opposed to the concave inclined surface of the concave portion of the workpiece in the Z-axis direction by relatively moving in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction. And a laser beam irradiation step of irradiating a laser beam from the laser processing head to the concave inclined surface of the concave portion of the workpiece by the operation of the laser oscillator. Laser drilling method.
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